自从1997年我国跳水实行选拔制度后，周义霖等一批有实力无名气的运动员参加大赛的机会多了起来，尤其是一些成名老将如熊倪等宣布退役，更给了新手们展示自己的空间。此后的一年多时间里，周义霖不断在国内外的各种比赛中创出佳绩，开始与世界级选手萨乌丁抗衡，成为国际跳坛的一颗耀眼新星。

在1998年举行的第十三届曼谷亚运会上，周义霖最后一跳，跳出了89.760的全场最高分，一举超过在上一轮还领先自己2分多的世界冠军余卓成，最后夺得冠军。

2016年7月18日，中国跳水队里约奥运名单公布，周义霖入选。

曾获得第九届和第十届世界杯跳水赛团体冠军、第十三届亚运会三米板冠军、第十一届世界杯跳水赛一米跳板冠军及男子团体冠军。

在崭露头角的同时，周义霖却遇到一个令他无法回避的问题，多年从事跳水运动使他伤病缠身。1998年他因腰伤发作而全身僵成弓形，疼痛难忍，而为了参加比赛，他一次就注射两针封闭。1999年上半年，“惧水症”又开始向他袭来，一上跳板就头晕目眩，还曾经昏倒过一次。2000年，自知状态不佳的周义霖退出了国家队。